JP2829339B2 - 高圧水銀蒸気放電ランプ - Google Patents

高圧水銀蒸気放電ランプ

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    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、タングステン電極と、実質的に水銀、希ガ
スおよび動作状態における遊離ハロゲンより成る封入物
とを有する、高温に耐えることのできる材料より成る容
器を有する高圧水銀蒸気放電ランプに関するものであ
る。
（従来の技術） ドイツ国特許公告公報第1489417号より知られた超高
圧水銀蒸気放電ランプは、55mm3の容積を有する細長い
石英ガラス容器を有している。この容器には希ガスと6.
5mgの水銀が封入され、これは0.12mg/mm3の水銀量に相
当する。水銀蒸気圧は約120バールになることができ
る。このランプは約14.5w/mm3のパワー密度を有する。
寿命を長くするために、容器壁が例えば水流によって冷
却されるだけでなく更にmm3当たり５・10-4から５・10
-2g・atomsのバロゲンの少なくとも１つが容器に入れら
れる。
このようなランプは約120バールの水銀蒸気圧で高い
輝度を生じるが、典型的な水銀スペクトルを生じ、この
スペクトルは、連続スペクトルに重畳され且つ小さな赤
部分を有する。
英国特許明細書第1109135号には、0.15mg/mm3までの
水銀（これは約150バールの水銀蒸気圧に相当する）が
封入された石英ガラスの細い円筒状容器を有する超高圧
水銀蒸気放電ランプが開示されている。このランプは、
演色性を改良するために更に少なくとも１つの金属沃化
物が封入されている。このランプの高い電極負荷のため
にタングステンの電極が蒸発し、容器壁に付着する。こ
のため容器の黒化をきたし、この結果該容器が強く熱せ
られ、特に高い水銀蒸気圧で容器の破裂を生じることが
ある。
（発明が解決しようとする課題） 本発明は、高い輝度と十分な光出力だけでなく更に改
良された演色性と長い寿命も有する冒頭記載の種類の高
圧水銀蒸気放電ランプを供することをその目的とするも
のである。
（課題を解決するための手段） 本発明は、冒頭に記載した種類の高圧水銀蒸気放電ラ
ンプにおいて、水銀の量は0.2mg/mm3より多く、水銀蒸
気圧は200バールよりも高く、管壁負荷は1w/mm2よりも
大きく、またハロゲンCl,BrまたはＩの少なくとも１つ
が10-6と10-4μmol/mm3の間で存するようにすることに
より前記の目的を達成したものである。
略々150バールの水銀蒸気圧迄は高圧水銀ランプの光
出力と演色特性は実質上一定である、というのは、本質
的に、電子と水銀原子の再結合に基因する水銀の線放射
（line radiation）と連続放射部分とが放出されるから
である。驚くべきことは、より高い水銀蒸気圧では光出
力と演色評価数が著しく増加することがわかったが、こ
れは連続部分の猛烈な増加によるものである。200バー
ルよりも大きな高い圧力では、準分子状態（guasi mole
cular state）よりの連続放射のほかに、実際の束縛分
子状態（bound molecule state）の帯放射も寄与するも
のと考えられる。約300バールの動作圧力では、可視放
射の連続部分は明らかに50％の上にある。その結果、放
射された光スペクトルの赤部分も増される。
この高い水銀蒸気圧を達成するために、容器は高い壁
温（約1000℃）を有せねばならない。その上、ランプ容
器は、できるだけこの高温に耐えるようにできるだけ小
さく選ばれる。高い温度と小さな容器は、少なくとも1w
/mm2の高い管壁負荷によって反映される。容器は石英ガ
ラスかまたは酸化アルミニウムより成るのが有効であ
る。
水銀蒸気圧の上限は容器の材料の強度に左右される
が、実際上は約400バールである。水銀の量は0.2と0.35
mg/mm3の間にあり、水銀蒸気圧は200と350バールの間に
ある。
電極の非常に小さな寸法は、電極から蒸発したタング
ステンによる容器壁の黒化の増加をきたすおそれがあ
る。けれども、このような容器の黒化は絶対に避けねば
ならない、というのは、さもなければ壁温が熱放射の吸
収の増加のために寿命中に高くなり、ランプ容器の破裂
をきたすからである。タングステンの輸送によるこのよ
うな容器壁の黒化を避ける手段として、本発明の高圧水
銀蒸気放電ランプは、ハロゲンCl,BrまたはＩの少なく
とも１つの少量を有する。これ等のハロゲンはタングス
テン輸送サイクルを生じ、これにより、蒸発したタング
ステンは電極に戻される。
本発明の高圧水銀蒸気放電ランプでは、使用されるハ
ロゲンは臭素（Br）であるのが有効で、この臭素は、約
0.1ミリバールの封入圧力でCH2Br2の形でランプに入れ
られる。この化合物は、ランプが点灯すると同時に分解
される。
本発明の高圧水銀蒸気放電ランプは金属ハロゲン化物
を含まない。その理由は、放射の連続部分の増加には非
常に大きな金属ハロゲン化物濃度を必要とするので、大
きなタングステン輸送速度のために電極の極めて速い腐
食が生じることになるからである。例えば英国特許明細
書第1109135号に記載されたような高負荷メタルハライ
ドランプはしたがって数100時間の寿命しか得られない
のが典型であるが、本発明のランプでは、実質上一定の
出力（Δζ＜２％）と実質上不変の色座標（5000時間の
間Δx,Δｙ＜0.05）を有する5000時間以上の寿命を得る
ことができる。この場合ζは効率、ｘおよびｙは色座標
である。
本発明のランプは8000kよりも大きな色温度を有す
る。色温度と演色性は、本発明の放電ランプにおいて、
ランプを、青放射を阻止するフィルタで取囲むことによ
り更に改良することができる。
このことに関して、ハロゲン化物を有する高圧水銀蒸
気放電ランプにおいて、フィルタの使用により青放射部
分を減らすこと、したがって放出された放射の色の改良
を得ることは、英国特許明細書第1539429号より知られ
ていることを指摘すべきであろう。約150バール迄の水
銀蒸気圧にある水銀蒸気放電ランプでは、放出された光
は事実上赤部分を含まないので、このようなフィルタは
実際上効果がないのであろう。けれども、本発明のラン
プのスペクトルは連続した赤放射の大きな部分を有する
ので、青放射に対するフィルタによって、僅か15％の光
損失で約5500kの色温度と約70の演色評価数を有する白
色光の放射を得ることができる。
（実施例） 以下に図面を参照して本発明を実施例で説明する。
第１図に示した高圧水銀蒸気放電ランプ１は石英ガラ
スの長円形のランプ容器２を有する。この容器両端には
円筒状石英部分３および４が続き、これ等の部分内には
モリブデン箔５および６が真空気密にシールされてい
る。モリブデン箔５と６の内端はタングステンの電極ピ
ン７と８に連結され、これ等の電極ピンはタングステン
の電極９と10を支持している。モリブデン箔５と６の外
端は、外部に延在するモリブデンの電流供給ワイヤ11と
12に連結されている。
第２図に示した高圧水銀蒸気放電ランプは第１図に示
したランプと同様に構成されている。もっとも、ランプ
容器14は円筒状である。ランプ13は石英ガラスの外部容
器15で取囲まれ、この外部容器はその内側を干渉フィル
タ16で被覆されている。この干渉フィルタ16は、ランプ
13で放出された青い放射を減らす役をする。
幾つかの実際的な具体例のデータを示すと次の通りで
ある。
例 １ 1.8mmの壁厚を有する第１図の長円形ランプ容器にお
いて、内部寸法および動作データは、 長さ 7mm 直径 2.5mm 容器容積 23mm3 電極ギャップ 1.2mm 封入水銀 Hg6mm（0.261mg/mm3） ハロゲン CH2Br25・10-6μmol（Br/mm310-5μmo
l） 動作圧力 約200bar 電力 50W 動作電圧 76V 光出力 58 1m/w 管壁負荷 1.30W/mm2 例 ２ 1.7mmの壁厚を有する第１図の長方形ランプ容器にお
いて、内部寸法および動作データは、 長さ 5mm 直径 2.5mm 容器容積 16.5mm3 電極ギャップ 1.0mm 封入水銀 Hg 4mg（0.243mg/mm3） ハロゲン CH2Br25・10-6μmol/mm3 動作圧力 約220bar 電力 40W 動作電圧 80V 光出力 56 1m/w 管壁負荷 1.30W/mm2 例 ３ 外部容器なしの、1.3mmの壁厚を有する第２図の円筒
状ランプ容器。内部寸法および動作データは、 長さ 4mm 直径 1.5mm 容器容積 7mm3 電極ギャップ 1.0mm 封入水銀 Hg2.5mg（0.357mg/mm3） ハロゲン CH2Br5・10-6μmol/mm3 動作圧力 300bar 電力 30W 動作電圧 92V 光出力 60 1m/w 管壁負荷 1.36W/mm2 以上述べたランプは8000kよりも高い色温度を有す
る。けれども、演色性は、低い動作圧力を有するランプ
にくらべて著しく改良される。例えば、演色評価数Ra
は、前述の３つのランプに対しては51.5,55.2および61.
6であるが、これに対し100バールの動作圧力の同様のラ
ンプでは32.7の演色評価数しか得られなかった。
第３図には、例２のランプで放出された光スペクトル
が波長に対する強さＩとしてプロットされている。この
図より、可視放射の連続部分（continuum part）は約50
％にあることがわかる。
第２図に示したランプでは、干渉フィルタ16は例えば
ZrO2で変成された二酸化チタンと非晶質二酸化珪素の層
の交互の連続より成る。実際の具体例では、使用された
フィルタは第４図に波長λの関数として示された透過度
Trを有した。この場合次のような光学技術データが見出
された。
フィルタ無し： 色温度:8580k 演色評価数:55.2 光出力:561m/w フィルタ有り： 色温度:5500k 演色評価数:69.7 光出力:481m/w このことから、干渉フィルタによって、色温度が著し
く低減されるだけでなく更に演色評価数も著しく改良さ
れたことがわかる。
匹敵し得る高負荷メタルハライドランプに対し、本発
明のランプは光学技術データの極めて高い不変性すなわ
ち動作時の間の殆ど変わらない光出力と非常に長い寿命
を有する。高負荷メタルハライドランプでは数100時間
の寿命が得られるが、本発明のランプは5000時間以上の
動作時間の後でも実質上何等の変化も示さない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の高圧水銀蒸気放電ランプの一実施例を
示す略線図、 第２図は別の実施例を示す略線図、 第３図は200バールよりも大きな水銀蒸気圧にある高圧
水銀蒸気放電ランプの放射光スペクトル、 第４図は第２図に示したランプに使用されたフィルタの
透過スペクトルを示す。 2,14……ランプ容器 3,4……円筒状石英部分 5,6……モリブデン箔 7,8……電極ピン 9,10……電極 15……外部容器 16……干渉フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−139377（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−150871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−150873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−17282（ＪＰ，Ａ) 特公 昭40−8392（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭37−7094（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭49−5421（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 61/20 H01J 61/86 H01J 61/88

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】タングステン電極と、実質的に水銀、希ガ
    スおよび動作状態における遊離ハロゲンより成る封入物
    とを有する、高温に耐えることのできる材料より成る容
    器を有する高圧水銀蒸気放電ランプにおいて、水銀の量
    は0.2mg/mm3より多く、水銀蒸気圧は200バールよりも高
    く、管壁負荷は1w/mm2より大きく、またハロゲンCl,Br
    またはＩの少なくとも１つが10-6と10-4μmol/mm3の間
    で存することを特徴とする高圧水銀蒸気放電ランプ。
  2. 【請求項２】水銀の量は0.2と0.35mg/mm3の間にあり、
    動作時の水銀蒸気圧は200と350バールの間にある請求項
    １記載の高圧水銀蒸気放電ランプ。
  3. 【請求項３】ランプは青放射線を阻止するフィルタで取
    囲まれた請求項１または２記載の高圧水銀蒸気放電ラン
    プ。
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